Někdo by mohl říct: „Jednoduše navrhujme jen to, co norma výslovně dovoluje." Ale udělejme si realitní kontrolu: takhle to prostě nefunguje, ať už jde o stísněné prostory, nebo technické a architektonické požadavky. A tak kotvení, které by se dalo (obrazně řečeno) považovat za „na hraně" – nebo lépe řečeno, specifické typy kotvení – vidíme kolem sebe úplně všude. Mnoho případů je přesně vypočítáno a ověřeno pokročilejšími metodami (i když to možná trvalo neúměrně dlouho). Mnoho případů však pravděpodobně nebylo posouzeno tak důkladně, jak by si zasloužilo.
Společnost IDEA StatiCa už nějakou dobu mění a posouvá vpřed návrh ocelových přípojů, ocelových a betonových prvků a betonových detailů. Nejde jen o zjednodušení pracovního postupu díky výpočtu na počítači, jde především o inovativní metody, které nám umožňují navrhovat to, co bylo dříve nemyslitelné. Náš nejnovější počin, vydání IDEA StatiCa Detail pro 3D, opět rozšiřuje možnosti návrhu dál než kdykoli předtím.
Ať už patříte do skupiny, která se dny trápí s návrhy kotvení, nebo se spoléháte pouze na zkušenosti, ale pak nespíte klidně, čtěte dál.
Dveře k novým možnostem
Pokud se zabýváte kotvenými konstrukcemi, pravděpodobně si vzpomenete na několik případů, které vám daly zabrat. Zde je několik příkladů, které jsme nedávno identifikovali jako velmi obtížně navrhnutelné pouze pomocí standardních postupů. S pomocí našich nástrojů IDEA Statica Connection a Detail je ale stává se možným navrhnout je v relativně rozumném čase.
Obrázek 1: Vícenásobné kotvení do jednoho betonového bloku
- Kotvení poblíž hrany – Kotvení blízko hrany je téměř nemožné navrhnout bez výztuže kvůli způsobu porušení betonu (kuželové porušení a další). Posouzení kotvení do železobetonu je samo o sobě pracné – více informací najdete v tomto článku: Už se nemusíte trápit s návrhem kotvení. Aplikace Detail (v 3D režimu) je však navržena přesně pro takové případy – železobeton. Přidáním výztuže můžeme zabránit způsobům porušení, ke kterým by jinak došlo v prostém betonu. Zároveň díky použití pokročilé metody MKP (3D CSFM) a jejímu zavedení do aplikace Detail je velmi složitý úkol relativně jednoduchý.
Obrázek 2: Příklady kotvení poblíž hrany v aplikaci Connection (včetně ocelových prvků) a v aplikaci Detail (včetně výztuže)
- Vícenásobné kotvení blízko sebe – Problém, který máme u blízkého kotvení, spočívá v tom, že se kužely navzájem ovlivňují. Žádná příručka nám přímo neradí, jak tyto případy posuzovat. V běžně používané literatuře, ať už EN nebo příručce fib, nacházíme víceméně jen podmínky a omezení, které můžeme konzervativně zohlednit. Jednoduše nám radí použít vzdálenosti, které umožňují posuzovat kužely jednotlivě. Jakmile se ale do těchto podmínek nevejdeme, jsme v koncích. V aplikaci Detail však díky pokročilé metodě založené na MKP můžeme analyzovat komplexní chování.
Obrázek 3: Vícenásobné kotvení do jedné stěny
- Vícenásobné kotvení obecně (podpora mostu na společném základu) – Typická situace způsobená zatížením větrem, kdy jeden sloup příhradové podpory je zatížen tahem a druhý tlakem. Existuje vzájemná interakce mezi betonovým kuželem od skupiny tahových kotev a tlakovým zatížením od druhého sloupu. Pro takový případ Eurokód nenabízí uspokojivé analytické řešení, a to nejen proto, že je nezbytně nutné vyztužit betonový základ, takže je nutné použít pokročilejší analýzu, jako je aplikace Detail a její 3D CSFM.
Obrázek 4: Kotvení potrubního mostu, navrhla společnost FEVIA s.r.o
- Zohlednění stávající výztuže při rekonstrukcích – Jakékoli rekonstrukce nebo rozšíření mohou být dalším zajímavým příkladem použití kotvení v aplikaci Detail, jelikož je v ideálním případě zahrnuta stávající výztuž.
Problémy, které vznikají
Shrňme si to:
Eurokód specifikuje způsoby porušení jak pro tah, tak pro smyk u kotev i betonu:
Obrázek 5: Schéma způsobů porušení – Design of Steel-to-Concrete Joints Design Manual II
EN 1992-4 je specificky věnována podrobnému posouzení prostého betonu. Většině těchto porušení betonu lze zabránit přidáním výztuže, což je v některých případech dokonce nezbytné (viz příklady výše). Norma nám však již nedává jasný návod, jak se s tím vypořádat.
Další problém nastává, když se betonové kužely navzájem ovlivňují – Eurokód a další literatura (fib bulletin 58) uvádí pouze podmínky, kdy a jak lze tyto kužely posuzovat samostatně.
Obrázek 6: CEB-FIB: Bulletin 58 – Design of anchorages in concrete (2011), kap. 1.2
Víme, jaké problémy mohou při návrhu nastat, ale co s tím? Vzdát se, nebo...
...najít řešení.
Řešení
Aplikace Detail dokáže vyřešit výše uvedené případy velmi efektivně. Umožňuje posouzení vlivu výztuže na únosnost a také umožňuje posouzení případů nepokrytých normou. V kombinaci s aplikací Connection je pak možné získat komplexní normové posouzení pro všechny typy porušení.
O obou aplikacích už bylo napsáno mnohé, ale jistě neuškodí přidat stručné srovnání a několik zdrojů pro hlubší pochopení metod:
- IDEA StatiCa Connection – zaměřená na posouzení ocelových přípojů, včetně kotvení do betonu. Kotvy jsou posuzovány podle empirických vzorců v souladu s normou. Betonový blok je modelován pomocí schématu „Winkler", takže možné posouzení je pouze pro prostý beton.
- IDEA StatiCa Detail – Model v aplikaci Detail vychází z konečných prvků, včetně výztuže. Vzhledem k základnímu předpokladu, že veškerý tah přenáší výztuž (v betonu se tah zanedbává), je řešení vhodné pouze pro železobeton. Pomocí metody 3D CSFM získáváme napětí v betonu a výztuži/kotvách, která jsou vyhodnocena podle mezních hodnot z Eurokódu. Navíc získáváme realistickou představu o chování konstrukce, jako jsou toky napětí a deformace. Metoda 3D CSFM zahrnuje účinky triaxiálního napětí.
Obrázek 4: Srovnání mezi aplikacemi Connection a Detail (vstupy a modely)
Jak již bylo řečeno, pro úplné posouzení je potřeba kombinace obou. Pro efektivní práci je umožněn import z aplikace Connection do aplikace Detail, včetně dalších parametrů a zatížení.
Pro pochopení metody můžete přejít na Teoretický základ. Chcete-li se seznámit s funkcemi, přejděte na poznámky k vydání.
Co uděláte?
3D Detail (s CSFM) představuje významný krok vpřed, který umožňuje sebejistě navrhovat složitější případy. Zatímco někteří mohou být z tohoto pokroku znepokojeni, technologie, které máme k dispozici, nám umožňují dosáhnout více než kdy dříve – tak proč nevyužít jejich potenciál? Pokrok je přirozený i nevyhnutelný.
Ve společnosti IDEA StatiCa vnímáme kotvení jen jako začátek. Je to první případ, který jsme plně ověřili, a jsme odhodláni rozšířit naše zaměření na další výzvy v budoucnu.
Otázka zní: Přizpůsobíte se tomuto pokroku, nebo se změnám budete bránit?
